초석은 무엇으로 만들어 졌습니까? 질산암모늄 생산
질산 암모늄은 다음 반응에 따라 기체 암모니아로 질산을 중화하여 얻습니다.
NH 3 (g) + НNO 3 (l) NH 4 NO 3 +144.9 kJ
이 거의 돌이킬 수 없는 반응은 높은 속도로 진행되며 상당한 양의 열이 방출됩니다. 일반적으로 대기에 가까운 압력에서 수행됩니다. 일부 국가에서는 중화 설비가 0.34MPa의 압력에서 작동합니다. 질산 암모늄 생산에는 묽은 47-60% 질산이 사용됩니다.
중화 반응의 열은 물을 증발시키고 용액을 농축하는 데 사용됩니다.
산업 생산에는 다음 단계가 포함됩니다. ITN 장치에서 기체 암모니아로 질산 중화(중화 열 사용); 초석 용액 증발, 초석 용융 과립, 과립 냉각, 계면 활성제 과립 가공, 초석 포장, 저장 및 적재, 가스 배출 및 폐수 처리. 질산을 중화하는 동안 첨가제가 도입됩니다.
그림 1은 1360t/day의 용량을 가진 현대식 대용량 AS-72 유닛의 다이어그램을 보여줍니다.
쌀. 하나.
1 - 산 히터; 2 - 암모니아 히터; 3 - ITN 장치; 4 - 중화제; 5 - 증발기; 6 - 압력 탱크; 7, 8 - 과립기; 9, 23-팬; 10 - 세척 스크러버; 11 - 드럼; 12.14 - 컨베이어; 13 - 엘리베이터; 15-유동층 장치; 16 - 과립 탑; 17 - 수집; 18, 20 - 펌프; 19 - 수영용 탱크; 수영용 21 필터; 22 - 에어 히터
유입되는 58-60% 질산은 ITN 3 장치의 주스 증기와 함께 히터 1에서 70-80oC로 가열되고 중화에 공급됩니다. 장치 3 전에 열 인산 및 황산이 완제품을 기준으로 0.3-0.5% P 2 O 5 및 0.05-0.2% 황산 암모늄의 양으로 질산에 첨가됩니다.
황산 및 인산은 플런저 펌프에 의해 공급되며 성능은 쉽고 정확하게 조절됩니다. 이 장치에는 병렬로 작동하는 두 개의 중화 장치가 장착되어 있습니다. 여기에 기체상 암모니아도 공급되며, 증기 응축수에 의해 히터(2)에서 가열되어 120-130℃로 가열된다. 공급되는 질산 및 암모니아의 양은 용액이 ITN 장치의 출구에서 약간 과량의 질산을 갖도록 조절된다 , 암모니아의 완전한 흡수를 보장합니다.
장치의 하부에는 155-170°C의 온도에서 산을 중화하여 91-92% NH 4 NO 3 를 함유한 용액을 얻습니다. 장치의 상부에서 수증기 (소위 주스 증기)는 질산 암모늄 및 HNO 3 증기의 스플래시에서 세척됩니다. 주스 증기의 열의 일부는 질산을 가열하는 데 사용됩니다. 다음으로, 주스 증기는 세척 스크러버에서 세척을 위해 보내진 다음 대기 중으로 방출됩니다.
질산암모늄의 산성 용액은 중화기(4)로 보내지며, 여기에서 용액을 중화하는 데 필요한 양의 암모니아가 공급됩니다. 그런 다음 용액은 1.4 MPa의 압력에서 수증기와 약 180°C로 가열된 공기에 의해 전도되는 두파의 증발기(5)로 공급됩니다. 99.8-99.7%의 초석을 함유한 생성 용융물은 175°C에서 필터(21)를 통과하고 원심 수중 펌프(20)에 의해 압력 탱크(5)로 공급된 다음 길이가 11인 직사각형 금속 과립 탑(16)으로 공급됩니다. m, 너비 8m, 원뿔 상단 높이 52.8m.
탑의 상부에는 제립기 7과 8이 있습니다. 공기가 탑의 하부로 공급되어 초석의 방울이 냉각되어 과립으로 변합니다. 초석 입자의 낙하 높이는 50--55m입니다. 과립기의 설계는 작은 과립의 함량이 최소인 균일한 과립 조성의 과립의 생산을 보장하여 공기에 의해 타워에서 먼지의 비말 동반을 감소시킵니다. 타워 출구의 과립 온도는 90~110°C이므로 냉각을 위해 유동층 장치(15)로 보내집니다. 유동층 장치는 3개의 섹션으로 구성된 직사각형 장치이며 구멍이 있는 화격자가 장착되어 있습니다. . 공기는 팬에 의해 화격자 아래에 공급되어 100-150mm 높이의 초석 과립의 유동층을 생성하며, 이는 과립 타워에서 컨베이어를 통해 전달됩니다. 변형 IV의 존재 조건에 해당하는 40°C(그러나 50°C 이하)의 온도로 과립을 집중적으로 냉각합니다. 냉각 공기의 온도가 15°C 미만인 경우 유동층 장치에 들어가기 전에 공기가 열교환기에서 20°C로 가열됩니다. 추운 기간에는 1-2 섹션이 작동 할 수 있습니다.
장치(15)로부터의 공기는 과립의 형성 및 냉각을 위해 과립 타워로 들어간다.
유동층 장치로부터의 질산암모늄 과립은 계면활성제 처리를 위해 컨베이어(14)에 의해 회전 드럼(11)으로 공급된다. 여기서, 과립은 분무된 NF 분산제의 40% 수용액으로 분무된다. 그 후 초석은 전자 분리기를 통과하여 우발적으로 갇힌 금속 물체를 분리하고 벙커로 보내진 다음 종이 또는 비닐 봉지에 무게를 달아 포장합니다. 가방은 마차나 창고에 적재하기 위해 컨베이어로 운반됩니다.
제립탑 상부를 떠나는 공기는 질산암모늄 입자로 오염되고, 중화기에서 나오는 주스 증기와 증발기에서 나오는 증기-공기 혼합물에는 미반응 암모니아와 질산, 동반된 질산암모늄 입자가 포함되어 있습니다. 과립탑 상부의 세척을 위해 6개의 병렬 작동 세척 플레이트형 스크러버(10)가 설치되어 탱크에서 펌프(18)에 의해 공급되는 20-30% 질산암모늄 용액으로 관개됩니다. 이 용액의 일부는 주스 증기 세척을 위해 ITN 중화제로 전환 된 다음 질산 암모늄 용액과 혼합되어 제품 생산으로 이동합니다.
용액의 일부(20-30%)가 사이클에서 계속 회수되므로 사이클이 고갈되고 물을 추가하여 보충됩니다. 각 스크러버의 배출구에는 100,000m3/h 용량의 팬(9)이 설치되어 있어 과립탑에서 공기를 빨아들여 대기 중으로 방출합니다.
질산 암모늄 또는 질산 암모늄, NH 4 NO 3 는 암모늄 및 질산염 형태의 35% 질소를 함유하는 백색 결정질 물질이며, 두 형태의 질소는 식물에 쉽게 흡수됩니다. 입상 질산 암모늄은 파종 전과 모든 유형의 상판 드레싱에 대규모로 사용됩니다. 소규모에서는 폭발물 생산에 사용됩니다.
질산 암모늄은 물에 잘 녹고 높은 흡습성 (공기에서 수분을 흡수하는 능력)을 가지고있어 비료 과립이 퍼지고 결정질 모양을 잃고 비료 덩어리가 발생합니다. 벌크 재료는 단단한 모 놀리 식 덩어리로 변합니다.
질산 암모늄 생산의 개략도
실질적으로 비 고결 질산 암모늄을 얻기 위해 여러 가지 기술적 방법이 사용됩니다. 흡습성 염에 의한 수분 흡수율을 감소시키는 효과적인 수단은 과립화입니다. 균질한 과립의 전체 표면은 같은 양의 미세 결정질 염의 표면보다 작으므로 과립 비료는 수분을 더 천천히 흡수합니다.
인산암모늄, 염화칼륨, 질산마그네슘도 유사하게 작용하는 첨가제로 사용됩니다. 질산 암모늄의 생산 공정은 기체 암모니아와 질산 용액의 상호 작용의 불균질 반응을 기반으로합니다.
NH 3 + HNO 3 \u003d NH 4 NO 3; ΔН = -144.9kJ
화학 반응은 빠른 속도로 진행됩니다. 산업용 반응기에서는 액체에서 기체의 용해에 의해 제한됩니다. 반응물의 혼합은 확산 지연을 줄이는 데 매우 중요합니다.
질산암모늄 생산을 위한 기술적 공정에는 암모니아로 질산을 중화하는 단계 외에도 초석액 증발, 용융물 과립화, 과립 냉각, 계면활성제로 과립 처리, 포장, 저장 및 적재 단계가 포함됩니다. 초석, 청소 가스 배출 및 폐수. 무화과에. 8.8은 1360 톤 / 일 용량의 질산 암모늄 AS-72 생산을위한 현대식 대용량 장치의 다이어그램을 보여줍니다. 원래의 58-60% 질산은 ITN 3 장치의 주스 증기와 함께 히터에서 70-80°C로 가열되고 중화에 공급됩니다. 장치 3 전에 인산과 황산을 질산에 첨가하여 완제품에 0.3~0.5% P 2 O 5 및 0.05~0.2% 황산 암모늄을 포함합니다. 이 장치에는 병렬로 작동하는 2개의 ITN 장치가 장착되어 있습니다. 질산에 추가하여 기체상 암모니아가 공급되고 120-130°C로 증기 응축수와 함께 히터 2에서 예열됩니다. 공급되는 질산 및 암모니아의 양은 ITN 장치의 출구에서 용액이 암모니아의 완전한 흡수를 보장하는 약간 과량의 산(2-5g/l)을 갖도록 조절됩니다.
장치의 하부에서 중화 반응은 155-170°C의 온도에서 발생합니다. 이것은 91-92% NH 4 NO 3 를 함유하는 농축 용액을 생성합니다. 장치의 상부에서 수증기(소위 주스 증기)는 질산 암모늄 및 질산 증기의 튀김에서 세척됩니다. 주스 증기의 열의 일부는 질산을 가열하는 데 사용됩니다. 그런 다음 주스 증기는 정화를 위해 보내져 대기로 방출됩니다.
그림 8.8 AS-72 질산 암모늄 단위의 계획 :
1 - 산 히터; 2 - 암모니아 히터; 3 – ITN 장치; 4 - 후 중화제; 5 - 증발기; 6 - 압력 탱크; 7.8 - 과립기; 9.23 - 팬; 10 - 세척 스크러버; 11 - 드럼; 12.14 - 컨베이어; 13 - 엘리베이터; 15 - 유동층 장치; 16 - 과립 탑; 17 - 수집; 18, 20 - 펌프; 19 - 수영용 탱크; 21 - 수영용 필터; 22 - 에어 히터.
질산 암모늄의 산성 용액은 중화제 4로 보내집니다. 암모니아가 들어가는 곳에 남아있는 질산과의 상호 작용에 필요합니다. 그런 다음 용액은 증발기 5로 공급됩니다. 99.7-99.8% 질산염을 포함하는 생성된 용융물은 175°C에서 필터 21을 통과하고 원심 수중 펌프 20에 의해 압력 탱크 6으로 공급된 다음 직사각형으로 공급됩니다. 금속 과립 탑 16.
탑의 상부에는 제립기 7과 8이 있으며 하부에는 공기가 공급되어 위에서 떨어지는 초석 방울을 냉각시킵니다. 50-55m 높이에서 초석이 떨어지는 동안 공기가 주위를 흐를 때 비료 과립이 형성됩니다. 타워 출구에서 펠릿의 온도는 90-110°C입니다. 뜨거운 과립은 유동층 장치(15)에서 냉각됩니다. 이것은 3개의 섹션이 있고 구멍이 있는 화격자가 장착된 직사각형 장치입니다. 팬은 화격자 아래에 공기를 공급합니다. 이것은 과립 탑에서 컨베이어를 통해 오는 질산염 과립의 유동층을 생성합니다. 냉각 후 공기는 과립 탑으로 들어갑니다. 질산암모늄 컨베이어(14)의 과립은 회전 드럼에서 계면활성제 처리를 위해 제공됩니다. 그런 다음 완성된 비료는 컨베이어(12)에 의해 포장으로 보내집니다.
과립탑을 떠나는 공기는 질산암모늄 입자로 오염되고, 중화기에서 나오는 주스 증기와 증발기에서 나오는 증기-공기 혼합물에는 미반응 암모니아와 질산, 그리고 운반된 질산암모늄 입자가 포함되어 있습니다.
과립 탑의 상부에 있는 이러한 흐름을 청소하기 위해 6개의 병렬 작동 세척 판형 스크러버(10)가 있으며, 수집기(17)에서 펌프(18)에 의해 공급되는 20-30% 질산암모늄 용액으로 관개됩니다. 이 용액을 ITN 중화제로 우회하여 과즙증기를 세척한 후 초석용액과 혼합하여 제품을 만드는데 사용한다. 정화된 공기는 팬(9)에 의해 과립탑에서 흡입되어 대기 중으로 방출됩니다.
질산 암모늄 생산을위한 기술 공정은 기체 암모니아로 질산 중화, 질산 암모늄 용액의 증발, 용융물의 결정화 및 과립 화와 같은 주요 단계로 구성됩니다.
히터 1의 기체 암모니아와 80-90 ℃의 온도에서 히터 2의 질산이 ITP 3 장치에 들어가고 암모니아의 손실을 줄이기 위해 증기와 함께 과량의 산에서 반응이 수행됩니다. 장치(3)로부터의 질산암모늄 용액은 암모니아로 후-중화기(4)에서 중화되고 증발을 위해 증발기(5)로 들어가 직사각형 과립 탑(16)으로 들어간다.
그림 5.1. 질산 암모늄 생산을위한 기술 계획.
1 - 암모니아 히터, 2 - 질산 히터, 3 - ITN 장치(중화열 사용), 4 - 추가 중화제, 5 - 증발기, 6 - 압력 탱크, 7.8 - 과립기, 9.23 - 팬, 10 - 세척 스크러버, 11-드럼, 12,14- 컨베이어, 13-엘리베이터, 15-유동층 장치, 16-과립 타워, 17-수집기, 18,20-펌프, 19-플로트 탱크, 21-플로트 필터, 22-에어 히터.
탑의 상부에는 제립기 7과 8이 있으며 하부에는 공기가 공급되어 위에서 떨어지는 초석 방울을 냉각시킵니다. 50-55 미터 높이에서 초석이 떨어지는 동안 공기가 주위를 흐르면 과립이 형성되고 유동층 장치 15에서 냉각됩니다. 이것은 3 개의 섹션과 구멍이있는 격자가있는 직사각형 장치입니다. 팬은 화격자 아래에서 공기를 공급합니다. 컨베이어를 통해 과립 탑에서 나오는 초석 과립의 유동층이 생성됩니다. 냉각 후 공기는 과립 탑으로 들어갑니다.
질산암모늄 컨베이어(14)의 과립은 회전 드럼(11)에서 계면활성제 처리를 위해 제공됩니다. 그런 다음 완성된 비료 컨베이어(12)가 패키지로 보내집니다.
과립탑을 떠나는 공기는 질산암모늄으로 오염되고, 중화제에서 나오는 주스 증기에는 미반응 암모니아와 질산과 함께 운반된 질산암모늄 입자가 포함되어 있습니다. 과립 탑의 상부에 있는 이러한 흐름을 청소하기 위해 6개의 병렬 작동 세척 판형 스크러버(10)가 있으며, 20-30% 초석 용액으로 관개되며, 펌프(18)에 의해 수집(17)에서 용액으로 공급됩니다. 초석, 따라서 제품을 만드는 데 사용됩니다. 정화된 공기는 팬 9에 의해 과립 탑에서 흡입되어 대기 중으로 방출됩니다.
소개
질소 산업은 가장 빠르게 성장하는 산업 중 하나입니다.
질산은 대부분의 질소 함유 물질의 생산을 위한 출발 생성물 중 하나이며 가장 중요한 산 중 하나입니다.
생산 규모면에서 질산은 황산 다음으로 다양한 산 중에서 2 위를 차지합니다. 대규모 생산은 질산과 그 염이 국가 경제에서 매우 중요해졌다는 사실로 설명됩니다.
질산의 소비는 비료 생산에만 국한되지 않습니다. 그것은 모든 유형의 폭발물, 많은 기술 염의 생산, 유기 합성 산업, 황산 생산, 로켓 기술 및 국가 경제의 다른 많은 분야에서 광범위하게 적용됩니다.
질산의 산업적 생산은 암모니아를 대기 산소로 촉매 산화시킨 후 생성된 질소 산화물을 물에 흡수시키는 것을 기반으로 합니다.
이 과정 프로젝트의 목적은 질산 생산의 첫 번째 단계인 암모니아의 접촉 산화, 원자로의 재료 및 열 균형 계산을 고려하는 것입니다.
질산 생산을위한 기술 계획에서 암모니아의 촉매 산화 과정은 암모니아 소비, 백금 금속의 투자 및 손실, 계획의 에너지 기능의 세 가지 주요 지표를 결정하기 때문에 중요합니다. 이와 관련하여 암모니아의 촉매 산화 공정의 개선은 일반적으로 질산 및 광물질 비료의 생산에 매우 중요합니다.
1. 질산의 특성
1.1 질산의 종류
업계에서는 2가지 등급의 질산이 사용됩니다: 30-60% HNO3 함량의 희석(약) 및 농축, 97-99% HNO3 함유, 비교적 소량의 반응성 및 고순도 질산. 생산된 질산의 품질은 확립된 기준을 충족해야 합니다.
물리화학적 매개변수에 따르면 농축 질산은 표 1에 지정된 표준을 충족해야 합니다.
표 1 - 농축 질산 품질 요구 사항(GOST 701-89)
생성된 질산의 품질은 표 2 및 3에 표시된 확립된 표준을 준수해야 합니다.
표 2 - 비농축 질산에 대한 품질 요구 사항(OST 6-03-270-76)
표 3 - 질산 품질 요구 사항(GOST 4461-67)
%, 더 많은 005Sulfates (SO42) -0.00020.00050.002 인산염 (PO43-) 0.000020.00020.002 클로라이드 (CL-) 0.000050.00010.0005IRON (FE) 0.000020.00010.0003CALCIUM (CA) 0.00050 .0010.002ARSENIC (AS) 0.0000020. 0000030.00001중금속(Pb)0.000020.00050.0005
1.2 질산의 사용
질산은 다양한 활동 분야에서 사용됩니다.
1)세부 사항의 아연 도금 및 크롬 도금시; )광물질 비료 생산용; )폭발물을 얻기 위해(군사 산업); )의약품(의약품) 생산; )사진 촬영을 위해 질산은을 얻는 것; )금속 형태의 에칭 및 조각용; )진한 질산을 얻기 위한 원료로; )습식 제련에서; )보석에서 - 금 합금에서 금을 결정하는 주요 방법; )방향족 니트로 화합물을 얻기 위해 - 염료의 전구체, 약리학적 제제 및 정밀 유기 합성에 사용되는 기타 화합물; )니트로셀룰로오스를 얻습니다. 1.3 질산의 성질 3.1 질산의 물리적 특성 질산은 질식하는 매운 냄새가 나는 강한 일염기산 중 하나이며 빛에 민감하며 밝은 빛에서는 질소 산화물(갈색 가스 - NO2라고도 함)과 물로 분해됩니다. 따라서 어두운 용기에 보관하는 것이 바람직합니다. 농축된 상태에서 알루미늄과 철을 녹이지 않으므로 적절한 금속 용기에 보관할 수 있습니다. 질산 - (많은 산과 마찬가지로) 강한 전해질이며 매우 강한 산화제입니다. 그것은 종종 유기 물질과의 반응에 사용됩니다. 질산의 질소는 4가, 산화 상태 +5입니다. 질산은 공기 중에서 발연하는 무색 액체이며 융점 -41.59 , 끓는점 +82.6 부분 확장으로. 물에 대한 질산의 용해도는 제한되지 않습니다. 질량 분율이 0.95-0.98인 HNO3 수용액을 "발연 질산"이라고 하며 질량 분율이 0.6-0.7인 농축 질산입니다. 물과 공비 혼합물을 형성합니다(질량 분율 68.4%, d20 = 1.41g/cm, Tboil = 120.7 )
수용액에서 결정화되면 질산은 결정질 수화물을 형성합니다. ) HNO3 H2O 일수화물, Tmelt = -37.62 ;
2) HNO3 3H2O 삼수화물, Tmelt = -18.47 .
오존과 같은 질산은 번개가 칠 때 대기 중에 형성될 수 있습니다. 대기의 78%를 차지하는 질소는 대기 중의 산소와 반응하여 산화질소 NO를 형성합니다. 공기 중에서 추가로 산화되면 이 산화물은 이산화질소(갈색 가스 NO2)로 변하고 대기 수분(구름 및 안개)과 반응하여 질산을 형성합니다. 그러나 그러한 소량은 지구와 생물의 생태계에 완전히 무해합니다. 질산 1부피와 염산 3부피가 왕수라는 화합물을 형성합니다. 일반 산에 녹지 않는 금속(백금 및 금)을 용해할 수 있습니다. 종이, 짚, 면이 이 혼합물에 도입되면 격렬한 산화가 일어나 심지어 발화됩니다. 1.3.2 질산의 화학적 성질 질산은 농도와 반응하는 물질에 따라 다른 화학적 성질을 나타냅니다. 질산이 농축된 경우: 1) 철(Fe), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 나트륨(Na)과 같은 금속은 보호막 형성으로 인해 상호 작용하지 않습니다. 금속의 더 이상 산화를 허용하지 않는 그들의 표면에 피막. 다른 모든 금속과 함께<#"justify">HNO3 conc + Cu = Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O (1)
2) 비금속<#"justify">HNO3 농도 + P = H3PO4 + 5NO2 + H2O (2)
질산이 묽은 경우: 1) 알칼리 토금속 및 아연(Zn), 철(Fe)과 상호작용할 때 암모니아(NH3) 또는 질산암모늄(NH4NO3)으로 산화됩니다. 예를 들어, 마그네슘(Mg)과 반응할 때: 희석된 HNO3 + 4Zn = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O (3)
그러나 예를 들어 마그네슘(Mg)과 반응할 때 아산화질소(N2O)가 형성될 수도 있습니다. HNO3 희석 + 4Mg = 4Mg(NO3)2 + N2O + 3H2O (4)
다른 금속과 반응하여 산화질소(NO)를 형성합니다. 예를 들어 은(Ag)을 용해합니다. 희석된 HNO3 + Ag = AgNO3 + NO + H2O (5)
2) 황과 같은 비금속과 유사하게 반응<#"justify">희석된 HNO3 + S = H2SO4 + 2NO (6)
황산의 형성 및 가스의 방출에 대한 황의 산화 - 질소 산화물; 3) 산화칼슘과 같은 금속 산화물과의 화학 반응: HNO3 + CaO = Ca(NO3)2 + H2O (7)
소금(질산칼슘)과 물이 형성됩니다. ) 소석회와 같은 수산화물(또는 염기)과의 화학 반응: HNO3 + Ca(OH)2 = Ca(NO3)2 + H2O (8)
염(질산칼슘)과 물이 형성됨 - 중화 반응; ) 소금과의 화학 반응, 예를 들어 분필: HNO3 + CaCO3 = Ca(NO3)2 + H2O + CO2 (9)
염(질산칼슘)과 또 다른 산(이 경우 탄산, 물과 이산화탄소로 분해됨)이 형성됩니다. 6) 용해된 금속에 따라 온도에서 염의 분해는 다음과 같이 일어난다. a) 마그네슘(Mg) 이하의 모든 금속(Me로 표시): MeNO2 + O2 (10)
b) 마그네슘(Mg)에서 구리(Cu)까지의 모든 금속: 3 = MeO + NO2 + O2 (11)
c) 구리(Cu) 다음의 금속: 3 = 나 + NO2 + O2(12) 2. 질산을 얻는 방법 질산 촉매 암모니아 묽은 질산을 생산하는 산업적 방법에는 다음 단계가 포함됩니다. ) 산화질소(II)를 얻는 단계; 2) 산화질소(IV)로의 산화; 3) 물에 의한 NO2 흡수; 4) 질소 산화물로부터 배기 가스(주로 분자 질소 함유) 정화. 농축 질산은 두 가지 방법으로 얻습니다. 1) 첫 번째 방법은 질산, 물 및 수분 제거 물질(일반적으로 황산 또는 질산마그네슘)을 포함하는 3원 혼합물의 정류로 구성됩니다. 그 결과, 100% 질산 증기(응축)와 탈수제의 수용액이 얻어지며, 탈수제는 증발되어 다시 생산됩니다. 2) 두 번째 방법은 다음과 같은 반응을 기반으로 합니다. N2O4(t) + 2H2O(l) + O2(g) = 4HNO3(l) + 78.8 kJ (13)
5 MPa의 압력에서 순수한 O2를 사용하면 97-98%의 산이 형성되고 최대 30%의 질소 산화물을 함유합니다. 이 용액을 증류하여 목적물을 얻는다. 고순도 질산은 규산염 또는 석영 유리 장비에서 97-98.5% 질산으로 증류하여 얻습니다. 이러한 산의 불순물 함량은 110-6 중량% 미만입니다. 3. 비농축 질산 생산의 원료 기반 비농축 질산 생산의 주요 원료는 현재 암모니아, 공기 및 물입니다. 보조 재료 및 에너지 자원은 암모니아 산화 및 배기 가스 정화, 천연 가스, 증기 및 전기를 위한 촉매입니다. 1. 암모니아. 정상적인 조건에서 무색 기체로 자극적인 냄새가 나며 물 및 기타 용매에 쉽게 용해되며 반수화물 및 일수화물을 형성합니다. 합성 암모니아 생산 개발의 전환점은 천연 가스에 포함된 메탄을 관련 석유 가스 및 정제된 석유 제품으로 변환하여 수소를 생산하는 산업에서 현재 지배적인 방법을 사용하는 것이었습니다. 액체 암모니아의 불순물 함량은 GOST 6221-82에 의해 규제됩니다. 가장 일반적인 불순물은 물, 윤활유, 촉매 먼지, 스케일, 탄산암모늄, 용존 가스(수소, 질소, 메탄)입니다. GOST를 위반하면 암모니아에 포함된 불순물이 암모니아-공기 혼합물에 들어가 질소 산화물(II)의 출력을 감소시킬 수 있으며 수소와 메탄은 암모니아-공기 혼합물의 폭발 한계를 변경할 수 있습니다. 공기. 기술적인 계산을 위해 건조한 공기에 [%, (vol.)]: N2 = 78.1, O2 = 21.0, Ar2 = 0.9, H2O = 0.1-2.8이 포함되어 있다고 가정합니다. 또한 공기 중에 SO2, NH3, CO2의 흔적이 있을 수 있습니다. 산업 현장 영역에서 공기는 다양한 원인의 먼지와 비산 가스 배출의 다양한 구성 요소(SO2, SO3, H2S, С2H2, Cl2 등)로 오염됩니다. 공기 중 먼지의 양은 0.5-1.0 mg/m3입니다. 3. 물. 흡수탑의 관개용 질산 생산, 폐열 보일러의 열회수 시 증기 발생, 반응 장치 냉각용으로 사용됩니다. 질소 산화물의 흡수에는 증기 응축수와 화학적으로 정제된 물이 가장 많이 사용됩니다. 일부 계획에서는 질산 암모늄 주스 증기 응축수를 사용할 수 있습니다. 어떤 경우에도 컬럼을 관개하는 데 사용되는 물에는 유리 암모니아 및 고체 현탁액이 포함되어서는 안 되며, 염화물 이온의 함량은 2mg/l를 초과해서는 안 되며, 오일은 1mg/l를 초과해서는 안되며, NH4NO3는 0.5g/l를 초과해서는 안 됩니다. . 폐열 보일러용 화학적으로 정제된 물은 GOST 20995-75의 요구 사항을 준수해야 합니다. 열교환기 및 장비 냉각(순환수)에서 열 제거를 위한 공정 용수는 다음 요구 사항을 충족해야 합니다. 탄산염 경도 3.6meq/kg 이하, 부유 고형물 함량 50mg/kg 이하, pH 값 6.5-8,5 . 4. 산소. 그것은 직접 합성에 의한 농축 질산의 생산에 주로 사용됩니다. 어떤 경우에는 비농축 질산을 얻을 때 암모니아-공기 혼합물을 농축하는 데 사용됩니다. 4. 암모니아의 산화 접촉 4.1 공정의 물리적 및 화학적 기반 질산 생산을 위한 현대적인 방법은 암모니아의 접촉 산화를 기반으로 합니다. 다양한 촉매에서 암모니아가 산화되는 동안 조건에 따라 다음과 같은 반응이 발생합니다. NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O + 907.3 kJ (14)
4NH3 + 4O2 = 2N2O + 6H2O + 1104.9kJ (15)
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O + 1269.1kJ (16)
반응 (14-16) 외에도 촉매의 표면 근처 층에서 발생하는 다른 반응도 가능합니다. 예를 들어, NO의 분해, N2O, NO2 및 NH3의 상호작용: 아니요 N2+O2 (17)
2NH3 + 3N2O = 4N2 + 3H2O (18)
NH3 + 6NO2 = 7N2 + 12H2O (19)
당연히 반응 (14)는 "유용"할 것입니다. 열역학적 계산은 반응(14-16)이 실제로 완료까지 진행됨을 보여줍니다. 900°C에서 역반응(14-16)에 대한 평형 상수는 다음 값을 갖습니다. (20)
(21)
(22)
K1 = ,(23)
여기서 k1 - NO + H2O; k2 - NH3 + O2. 900시에 암모니아의 최종 제품으로의 촉매 전환은 100%에 도달합니다. 즉, 이 과정은 실질적으로 되돌릴 수 없습니다. 그러나 방정식 (14-16)은 이 경우 9개의 분자가 반응 (14)에서 동시에 충돌해야 하기 때문에 프로세스의 실제 메커니즘을 반영하지 않습니다. 반응 (16)에서 - 7 분자. 거의 믿을 수 없습니다. 촉매에 대한 암모니아 산화의 여러 메커니즘이 제안되었습니다. 메커니즘에 대한 아이디어의 차이점은 다음과 같습니다. 1) 촉매 상의 중간체를 통한 NO 및 N2의 형성; 2) NO의 형성은 촉매 상에서 일어나고, N2의 형성은 촉매 상에서 그리고 기체의 부피에서 발생한다. 위의 내용(평형상수 및 산화 메카니즘에 대해)을 바탕으로 선택된 촉매는 높은 활성(높은 반응 속도 및 짧은 접촉 시간: 증가할수록 N2 형성 확률이 증가함) 및 반응 (14). 국내외 과학자들이 제안한 여러 메커니즘 중 L.K. Androsov, G.K. 보레스코프, D.A. 엡스타인. 메커니즘은 다음과 같이 단계별로 제시될 수 있습니다. 1단계 - 백금 표면의 산화. 과산화물 촉매-산소 복합체가 형성됩니다(그림 1). 그림 1 - 과산화물 촉매-산소 복합체의 구조 단계 - 산소로 덮인 백금 표면의 암모니아 확산 및 흡착. 촉매-산소-암모니아 복합체가 형성됩니다(그림 2). 그림 2 - 촉매-산소-암모니아 복합체의 구조 단계는 전자 채권의 재분배, 오래된 채권의 파괴 및 새로운 채권의 강화입니다. 단계 - 제품의 탈착 및 가스 흐름으로의 확산(안정된 NO 및 H2O 화합물이 표면에서 제거됨). 산소의 확산 속도가 암모니아 등보다 높기 때문에 해방 된 중심은 다시 산소를 흡착합니다. 과학자들에 따르면 촉매 격자 (비 백금 접촉)에 들어가는 산소는 암모니아 산화 반응에 참여하지 않습니다 (방법을 사용하여 증명 표지된 원자). I.I.에 따르면 암모니아를 질소로 전환 버거와 G.K. Boreskov는 암모니아와 산소 및 산화 질소와의 반응으로 인해 부피가 발생할 수 있습니다. 프로세스의 운동, 전이 및 확산 영역이 있습니다. 운동 영역은 저온의 특징입니다. 촉매의 점화 온도에 의해 제한되며, 이 온도에서 표면의 급속한 자발적 가열이 나타납니다. 즉, 점화 온도까지, 속도는 화학 반응 속도에 의해 제한됩니다. 연락처에서. T > Tzazh에서 이미 확산이 프로세스를 제어합니다. 화학 반응이 빠릅니다. 프로세스는 확산 영역으로 전달됩니다. 이 지역(600-1000 )은 산업 조건에서 고정식 자열 공정에 일반적입니다. 이것은 기체의 체적 속도의 필수 증가와 접촉 시간의 감소를 의미합니다. 활성 촉매에서 암모니아의 산화 반응은 더 일찍 시작됩니다: 팔라듐(Pd)에서 100 , 145에서 백금(Pt)에 , 230에서 철(Fe)에 , 금속 산화물에서 반응 개시 온도는 광범위하게 변합니다. 동시에 T > 600에서 충분한 속도와 변형 정도에 도달합니다. .
4.2 암모니아 산화 촉매 거의 모든 질산 공장은 암모니아 산화를 위한 촉매로 백금 또는 그 합금을 사용합니다. 백금은 고가의 촉매이지만 장기간 높은 활성을 유지하고 충분한 안정성과 기계적 강도를 가지며 재생이 용이합니다. 마지막으로, 촉매의 최신 네트워크 형태로 백금을 사용하면 가장 간단한 유형의 접촉 장치를 사용할 수 있습니다. 쉽게 발화되며 단위 생산당 소비량은 무시할 수 있습니다. 질산 생산에서 백금 및 그 합금의 담체는 사용되지 않습니다. 담체가 있으면 촉매의 활성이 상대적으로 빠르게 감소하고 재생이 더 어려워지기 때문입니다. 현대 공장에서는 촉매용 백금이 그리드 형태로 사용됩니다. 메쉬 형태는 상대적으로 적은 백금 소비로 접촉 장치에서 큰 촉매 표면을 생성합니다. 그리드는 일반적으로 와이어 직경이 0.045-0.09mm이고 셀 측 치수가 0.22mm인 경우에 사용됩니다. 와이어가 차지하지 않는 그물의 면적은 전체 면적의 약 50-60%입니다. 다른 직경의 실을 사용하는 경우 와이어가 차지하지 않는 자유 영역이 지정된 제한 내로 유지되도록 위브 수가 변경됩니다. 대기압에서 작동하는 접촉 장치. 2~4개의 그리드(대부분 3개)를 설치하고 13~16개의 그리드에서 최대 8기압의 압력으로 작동하는 장치에 설치합니다. 하나의 그리드를 설치하면 일부 암모니아 분자가 촉매와 접촉하지 않아 산화질소 수율이 감소합니다. 최상의 조건에서 접촉도는 1개의 메쉬에서 86-90%, 2개의 메쉬에서 95-97%, 3개의 메쉬에서 98%에 도달할 수 있습니다. 대기압에서 작업하는 경우 그리드 수가 많으면 접촉 장치의 성능이 향상되지만 가스 흐름에 대한 저항이 크게 증가하기 때문에 4개 이상의 그리드는 사용되지 않습니다. 그리드는 서로 꼭 맞아야 합니다. 그렇지 않으면 그리드 사이의 자유 공간에서 다수의 균질한 반응이 발생하여 산화질소의 출력이 감소하기 때문입니다. 작업 과정에서 백금 그리드가 크게 느슨해집니다. 매끄럽고 반짝이는 실은 해면질과 무광택이 되며 탄력 있는 그물은 부서지기 쉽습니다. 해면질의 느슨한 표면이 형성되면 실의 두께가 증가합니다. 이 모든 것이 고도로 발달된 네트워크 표면을 생성하여 백금의 촉매 활성을 증가시킵니다. 가스와 함께 오는 불순물로 촉매를 중독시키는 경우에만 활성이 감소할 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 백금 거즈의 표면이 느슨해지면 거즈가 심하게 파괴되어 백금이 크게 손실됩니다. 촉매 제조용 백금은 이미 0.2 %에서 질소 산화물의 수율을 크게 감소시키는 철을 포함해서는 안됩니다. 순수한 백금은 고온에서 빠르게 파괴되고 가장 작은 입자는 가스 흐름과 함께 옮겨집니다. 순수한 형태의 백금족의 다른 금속은 촉매로 사용되지 않습니다. 팔라듐은 빨리 분해됩니다. 이리듐과 로듐은 그다지 활동적이지 않습니다. 오스뮴은 쉽게 산화됩니다. 백금 합금은 순수한 백금보다 더 큰 강도와 덜 활성을 갖는 연구 및 적용되었습니다. 실제로, 백금과 이리듐 또는 로듐과 때로는 팔라듐의 합금이 사용됩니다. 고온에서 1% 이리듐과 백금의 합금으로 만들어진 그리드는 백금 그리드보다 더 활동적입니다. 훨씬 더 큰 활성과 특히 기계적 강도는 백금-로듐 합금의 특징입니다. 산화질소의 최고의 수율은 10% 로듐을 포함하는 백금 합금에서 작업할 때 얻을 수 있습니다. 그러나 백금에 비해 로듐의 높은 비용을 감안할 때 합금의 함량은 일반적으로 7-5%로 줄어듭니다. 암모니아가 백금-로듐 그리드에서 압력 하에서 산화되면 순수한 백금 그리드에서보다 훨씬 더 높은 수율의 산화질소가 얻어집니다. 백금 촉매는 공급 가스에 포함된 특정 불순물에 민감합니다. 따라서 가스에 0.00002% 포스핀(РН3)이 존재하면 전환율이 80%로 감소합니다. 덜 강력한 독은 황화수소, 아세틸렌 증기, 윤활유, 산화철 및 기타 물질입니다. 그리드는 60-70°C에서 10-15% 염산 용액으로 2시간 동안 처리하여 그리드를 재생성한 다음 그리드를 증류수로 철저히 세척하고 건조하고 수소 화염에서 소성합니다. 작동 과정에서 그리드의 물리적 구조가 변경되고 합금의 기계적 강도가 감소하여 금속 손실이 증가하고 촉매의 수명이 단축됩니다. 4.3 기체 혼합물의 조성. 암모니아-공기 혼합물의 최적 암모니아 함량 공기는 주로 암모니아를 산화시키는 데 사용됩니다. NO의 형성과 반응 (24)에 따른 암모니아 산화를 위한 산소 소모량은 다음과 같이 계산될 수 있다: NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O (24)
반응 (24)에 따르면, 1몰의 NH3는 1.25몰의 O2 = , 그러면 - NH3의 함량은 다음과 같이 표현할 수 있습니다.
어디 - 공기와 혼합된 NH3의 양; 100 - 혼합물의 총량(%). 그러나 이것은 이론적입니다. 실용적인 목적을 위해 일정량의 산소가 사용되면 암모니아 농도는 14.4%(vol.) 미만이 됩니다. 암모니아-공기 혼합물에서 암모니아의 최적 농도는 가장 높은 함량이며, O2:NH3의 비율에서 높은 NO 출력이 여전히 가능합니다.< 2. 전환율의 급격한 감소는 O2:NH3의 비율이 감소함에 따라 관찰됩니다.< 1,7 и содержании NH3 в смеси равном 11,5 % (об.). Если увеличивать соотношение O2:NH3, например, >2, 전환율이 크게 증가합니다. 따라서 중요한 점은 다음과 같습니다. 1) 한편으로, 암모니아-공기 혼합물에서 NH3 함량의 증가, 즉 O2:NH3 비율의 감소는 암모니아 전환 정도의 감소로 이어진다. 2) 반면에 암모니아-공기 혼합물에서 NH3의 함량이 증가하면 반응(14-16)에 따라 더 많은 열이 방출되고 전환도가 증가하기 때문에 시스템 온도가 증가합니다. 표 4에서 알 수 있듯이. 표 4 - 암모니아 - 공기 혼합물의 함량에 대한 암모니아 전환 정도의 의존성 (P = 0.65 MPa) 혼합물 내 NH3 함량, %(부피) O2:NH3 비율 전환 온도, NH3 전환율, %9.531.9874391.8810.421.7878693.1610.501.7678993.3011.101.6782894.2111.531.5983495.30 표 4에서 1.6-2 범위의 O2:NH3 비율에서 740°C에서 830°C로의 온도 증가가 공정에 유리하게 영향을 미친다는 것을 알 수 있습니다. O2:NH3의 비율에서< 1,35 лимитирующая стадия процесса - диффузия кислорода. 과량의 O2는 앞서 고려한 메커니즘에 따라 산화 과정을 수행하고 N2 및 N2O(산소 부족 시)의 형성을 배제하기 위해 백금 표면이 항상 산소로 덮여 있도록 하는 데 필요합니다. 30% 이상, 즉 O2:NH3 비율 > 1.62이어야 합니다. 가스의 조성은 또한 질산을 얻는 두 번째 단계의 흐름(NO 산화)에 따라 달라집니다. 2NO + 1.5O2 + H2O = 2HNO3 (25)
또한 과량의 산소가 필요합니다. 1) 압력 하에서 작동하는 시스템의 경우 - 2.5%; 2) 대기압에서 작동하는 시스템의 경우 - 5%. 질산 생산을 위한 산소 요구량을 결정하는 전체 반응은 다음과 같습니다. NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O (26)
암모니아 농도를 9.5%(vol.) 이상으로 높이는 것이 바람직하지 않은 상황이 하나 더 있습니다. 이 경우 추가 산소의 도입으로 인해 흡수탑의 질소 산화물 농도가 감소합니다(즉, NO가 희석됨). 따라서 9.5%(vol.)는 묽은 질산을 얻는 모든 단계에서 최적의 암모니아 함량입니다. 산화를 위해 공기 대신 산소를 사용할 수 있습니다. 그런 다음 전체 반응(26)에 따라 암모니아의 농도를 33.3%(vol.)까지 증가시킬 필요가 있습니다. 그러나 이러한 농도의 암모니아와 혼합하면 폭발성이 있기 때문에 안전 예방 조치가 필요합니다(표 5). 표 5 - 암모니아-산소-질소 혼합물에 대한 하한(LEL) 및 상한(URL) 폭발 한계 가스 습도가 증가하면 폭발 한계가 좁아집니다. 즉, 암모니아의 증기-산소 전환을 사용할 수 있습니다. 암모니아와 산소의 혼합물은 폭발과 함께 점화됩니다(Tflax = 700-800 ). 이 온도 한계 내에서 암모니아-산소 혼합물의 암모니아 함량에서 자체 점화가 발생합니다. 실제로 사용되는 암모니아-공기 혼합물(암모니아 농도 9.5-11.5%(vol.))은 폭발하지 않습니다(표 5). 암모니아-공기 혼합물의 폭발 한계는 다양한 압력에서 암모니아 및 산소 함량에 따라 달라집니다. 그러나 폭발의 전파 속도는 느리고 암모니아-공기 혼합물의 경우 0.3-0.5 m/s라는 점에 유의해야 합니다. 즉, 폭발 전파 가능성을 제거하려면 이 값(0.5m/s)보다 큰 가스 속도를 생성해야 합니다. 이것은 접촉 시간이 10-4초이고 결과적으로 선속도가 1.5m/s 이상인 공정에서 활성 백금 촉매를 사용하여 달성되는 것입니다. 4.4 압력 하에서 암모니아의 산화 가압의 목적은 다음과 같습니다. 1) 프로세스 속도를 높일 필요성; 2) 컴팩트한 설치. 고압에서도 NO 수율이 100%에 가깝다는 것이 열역학적으로 입증되었습니다. 변환기의 성능은 압력이 증가하고 백금 촉매의 격자 수가 증가함에 따라 증가합니다. 압력이 증가함에 따라 공정 온도도 900도 이상으로 증가합니다. . 그러나 압력이 증가함에 따라 높은 수준의 NH3 전환율을 달성하려면 전로에서 가스의 체류 시간을 늘려야 합니다. 이는 차례로 그리드 수의 증가로 이어집니다. 주요 단점은 고온에서 백금(Pt) 촉매의 손실이 증가한다는 것입니다. 이러한 단점(백금의 손실, 전환율의 감소)은 결합된 생산 계획에 의존함으로써 제거될 수 있습니다. . 이 접근 방식은 종종 많은 국가의 기술 계획에서 구현됩니다. 동시에 가스 컨디셔닝을 위한 에너지 비용은 질산 비용을 증가시킵니다. 4.5 암모니아 산화를 위한 최적 조건 온도. 백금에 대한 암모니아의 반응은 145에서 시작됩니다. , 그러나 낮은 NO 수율과 주로 원소 질소의 형성으로 진행됩니다. 온도가 증가하면 산화질소 수율이 증가하고 반응 속도가 증가합니다. 700-1000의 범위에서 NO 수율은 95-98%로 증가될 수 있습니다. 650에서 900으로 온도 상승 시 접촉 시간 약 5배 감소합니다(5에서 10-4 ~ 1.1 10-4초). 공정의 요구되는 온도 체계는 산화 반응의 열에 의해 유지될 수 있습니다. 10% NH3를 포함하는 건조 암모니아-공기 혼합물의 경우 전환율 96%에서 이론적인 가스 온도 상승은 약 705°C입니다. 또는 약 70 초기 혼합물에서 암모니아의 각 백분율에 대해. 9.5% 암모니아를 함유한 암모니아-공기 혼합물을 사용하면 반응의 열 효과로 인해 약 600℃의 온도에 도달할 수 있습니다. , 전환 온도를 더 높이려면 공기 또는 암모니아-공기 혼합물의 예열이 필요합니다. 암모니아 - 공기 혼합물은 150-200을 초과하지 않는 온도로만 가열 될 수 있음을 명심해야합니다 400 이하의 가열 가스 온도에서 . 그렇지 않으면 암모니아의 해리 또는 원소 질소의 형성과 함께 균질한 산화가 가능합니다. 암모니아의 접촉 산화 온도 상승의 상한은 백금 촉매의 손실에 의해 결정됩니다. 최대 920인 경우 백금의 손실은 촉매 활성의 증가에 의해 어느 정도 보상되기 때문에 이 온도 이상에서는 촉매 손실의 증가가 반응 속도의 증가를 훨씬 능가합니다. 공장 데이터에 따르면 대기압에서 암모니아의 최적 전환 온도는 약 800 ; 9 기압에서 작동하는 설비의 경우 870-900과 같습니다. .
압력. 묽은 질산의 생산에서 증가된 압력의 사용은 주로 산화질소의 산화 속도를 증가시키고 생성된 이산화질소를 질산으로 처리하려는 욕구와 관련이 있습니다. 열역학적 계산은 높은 압력에서도 평형 NO 수율이 100%에 가깝다는 것을 보여줍니다. 그러나 이 경우 높은 수준의 접촉은 많은 수의 촉매 거즈와 더 높은 온도에서만 달성됩니다. 최근에는 철저한 가스정화와 900℃의 온도로 다층촉매에 대한 산업적 조건하에서 암모니아의 전환율을 96%로 끌어올렸습니다. 최적의 압력을 선택할 때 압력이 증가하면 백금 손실이 증가한다는 점을 염두에 두어야 합니다. 이것은 촉매 온도의 증가, 다층 네트워크의 사용 및 높은 가스 속도의 작용하에 기계적 파괴의 증가로 설명됩니다. 3. 혼합물의 암모니아 함량. 공기는 일반적으로 암모니아를 산화시키는 데 사용되므로 혼합물의 암모니아 함량은 공기 중의 산소 함량에 의해 결정됩니다. O2:NH3 = 1.25의 화학량론적 비율(공기와 혼합된 암모니아 함량은 14.4%)에서 질소 산화물의 수율은 중요하지 않습니다. NO 수율을 높이려면 약간의 과량의 산소가 필요하므로 혼합물의 암모니아 함량은 14.4% 미만이어야 합니다. 공장 실습에서 혼합물의 암모니아 함량은 O2:NH3 = 21.7 비율에 해당하는 9.5-11.5% 범위 내에서 유지됩니다. 암모니아를 질산으로 처리하는 동안 산소의 필요성을 결정하는 전체 반응(26)은 O2:NH3 = 2 비율을 제공하며, 이는 초기 혼합물의 암모니아 함량 9.5%에 해당합니다. 이는 혼합물의 암모니아 농도가 9.5% 이상 증가해도 궁극적으로 NO 농도의 증가로 이어지지 않을 것임을 시사합니다. 이 경우에는 추가 공기가 흡착 시스템에 도입되어야 하기 때문입니다. 암모니아 - 산소 혼합물이 초기 시약으로 사용되면 전체 반응 방정식에 따라 암모니아 농도를 33.3%까지 증가시킬 수 있습니다. 그러나 고농도의 암모니아를 사용하는 것은 그러한 혼합물이 폭발하기 때문에 어렵습니다. 불순물의 영향. 백금 합금은 암모니아-공기 혼합물에 포함된 불순물에 민감합니다. 가스 혼합물에 0.0002%의 인화수소가 있는 경우 암모니아 전환 정도는 80%로 감소합니다. 덜 강한 접촉 독은 황화수소, 아세틸렌, 염소, 윤활유 증기, 산화철을 함유한 먼지, 산화칼슘, 모래 등입니다. 가스의 예비 정화는 촉매의 지속 시간을 증가시킵니다. 그러나 시간이 지남에 따라 촉매는 점차적으로 오염되고 NO 수율은 감소합니다. 독극물과 오염 물질을 제거하기 위해 그리드는 10-15% 염산 용액으로 처리하여 주기적으로 재생됩니다. 5. 연락 시간. 최적의 접촉 시간은 암모니아 산화 속도에 의해 결정됩니다. 대부분의 경우 산화율은 하루 단위 면적(m2)당 산화된 암모니아(kg)의 양(촉매 강도)으로 정의됩니다. 가스와 촉매의 접촉 시간 또는 접촉 시간은 다음 식에 의해 결정됩니다. 대 / 승 여기서 t는 촉매 구역에서 가스의 체류 시간, 초입니다. Vw는 촉매의 자유 부피, m3입니다. W - 접촉 조건 m3에서의 체적 속도 초-1. 암모니아가 산화질소로 전환되는 최대 정도는 가스가 촉매와 접촉하는 잘 정의된 시간에 달성됩니다. 최적의 접촉 시간은 최대 NO 수율이 달성되는 시간이 아니라 다소 짧은 것으로 간주해야 합니다. 이는 제품 수율이 감소하더라도 더 높은 생산성으로 작업하는 것이 경제적으로 유리하기 때문입니다. 실제 조건에서 촉매와 암모니아의 접촉 시간 범위는 1 10-4 대 2 10-4초 암모니아를 공기와 혼합. 접촉 영역에 들어가는 암모니아-공기 혼합물의 완전한 균질성은 높은 수율의 산화질소를 얻기 위한 주요 조건 중 하나입니다. 가스를 잘 혼합하는 것은 높은 수준의 접촉을 보장할 뿐만 아니라 폭발 위험으로부터 보호하는 데 매우 중요합니다. 혼합기의 디자인과 부피는 가스의 우수한 혼합을 완전히 보장하고 별도의 제트에서 촉매로 암모니아가 미끄러지는 것을 방지해야 합니다. 5. 연락처 장치 가장 복잡하고 크게 개선된 사항은 접촉 장치 자체의 설계입니다. 그림 3 - Ostwald 접촉 장치: 1 - 암모니아-공기 혼합물 수집기; 2 - 백금 나선; 3 - 보기 창; 4 - 아산화질소 수집기 최초의 산업용 접촉 장치는 Ostwald 장치(그림 3)로 두 개의 동심 파이프로 구성되어 있습니다. 하나는 직경이 100mm이고 내부는 에나멜 처리된 주철 파이프이고 다른 하나는 직경이 65mm인 니켈로 만든 내부 파이프입니다. mm. 암모니아-공기 혼합물은 외부 파이프를 통해 아래에서 장치로 들어가고 내부 파이프의 상부에 위치한 촉매에 떨어졌습니다. 아질산 가스는 내부 파이프를 통해 수집기로 보내져 유입되는 혼합물에 열을 발산합니다. 촉매는 0.01mm 두께와 20mm 너비의 백금 호일 스트립으로 구성되어 나선형으로 함께 감겨 있습니다. 테이프 중 하나는 부드럽고 두 번째 테이프는 1mm 굴곡으로 주름져 있습니다. 암모니아 전환율은 90-95%에 이르렀고 공기와의 혼합물은 NH3 8%(vol.)를 포함했으며 장치의 생산성은 하루 100kg의 질산이었습니다. 이러한 형태의 촉매는 장치의 크기를 증가시켜 장치의 생산성을 증가시키는 것을 허용하지 않았습니다. Ostwald 장치에서 가스 혼합물의 균일한 공급이 보장되지 않았습니다. 촉매에 들어가기 전에 가스 흐름이 방향을 180° 변경하고 나서야 들어왔기 때문입니다. 또한, 장치의 설계는 고온 영역에서 질소(II) 산화물을 빠르게 제거할 수 없도록 했습니다. 접촉 장치의 후속 설계에서 촉매는 직경 0.06mm의 필라멘트 그리드 형태로 사용되었습니다. 그림 4 - Andreev의 접촉 장치: 1 - 백금 그리드; 2 - 보기 창 러시아 최초의 질산 생산에는 Andreev의 접촉 장치가 장착되어 하루에 386kg의 질산을 생산했으며 세계에서 가장 진보 된 것으로 간주되었습니다. 직경 300mm, 높이 450mm의 원통형 장치는 주철로 만들어졌습니다. 가스 혼합물은 아래에서 왔습니다(그림 4). 백금 촉매의 격자는 장치를 가로질러 중앙에 위치했습니다. 이 장치의 제조에 주철을 사용하면 부반응이 발생하고 백금이 스케일로 오염되는 등 여러 가지 단점이 있습니다. 그것의 전환 정도는 87 %를 초과하지 않았습니다. 그림 5 - 피셔의 접촉 장치: 1 - 노즐; 2 - 백금 그리드; 3 - 격리 Fisher 장치는 알루미늄으로 만들어졌으며 직경은 1000mm, 높이는 2000mm였습니다(그림 5). 아래에서 장치는 도자기 Raschig 링으로 채워지고 상부는 내화 벽돌로 늘어서 있습니다. 장치의 설계는 촉매에 암모니아-공기 혼합물의 균일한 공급을 제공하지 않았으며, 산화물 수율은 700-720°C의 접촉 온도에서 89-92%였습니다. 암모니아에 대한 장치의 생산성은 600-700kg/일입니다. 촉매에 떨어지는 내화 벽돌 입자는 활성을 감소시켰습니다. 그림 6 - 장치 Bamag: 1 - 노즐; 2 - 백금 그리드; 3 - 보기 창 Bamag가 제안한 장치(그림 6)는 촉매 그리드가 배치된 넓은 베이스로 연결된 두 개의 잘린 원뿔로 구성됩니다. 가장 넓은 부분의 장치 직경은 1.1m 또는 2.0m였습니다. 암모니아-공기 혼합물은 아래에서 장치로 공급되었습니다. 처음에는 장치가 알루미늄으로 만들어졌으며 그 다음 상단의 뜨거운 부분은 스테인레스 스틸로 만들어졌습니다. 혼합물의 더 나은 혼합을 위해 Raschig 링을 장치의 하부에 부었습니다. 이러한 장치의 주요 단점은 아래에서 촉매의 가스 혼합물 방향으로 인해 그리드의 진동과 백금 손실의 증가로 이어졌습니다. 접촉 장치의 설계에 대한 연구에 따르면 기체 혼합물의 방향이 위에서 아래로 향하면 촉매 네트워크의 작동이 안정화되고 값비싼 희소 백금 촉매의 손실이 감소하며 전환 정도가 1.0-1.5% 증가하고 두 번째 단계가 산화물 비백금 촉매를 사용하는 2단계 촉매의 사용. 가스 혼합물이 위에서 장치에 공급되면 내화성 먼지 및 철로 촉매가 오염 될 위험없이 증기 보일러 및 과열기의 코일뿐만 아니라 하부에 단열재 층이 배치 될 수 있습니다 규모. 이것은 환경에 대한 반응열의 손실을 줄입니다. 촉매 표면의 온도 분포에 대한 연구는 벽에 인접한 촉매의 가장자리가 더 낮은 온도를 가지며 그에 따라 접촉 정도가 감소하여 산화질소(II)의 총 수율을 감소시키는 것으로 나타났습니다. 이와 관련하여 접촉 장치의 입구 부분의 형상은 매우 중요하며 상단 각도가 30° 이하인 매끄럽게 발산되는 원뿔이어야 합니다. 그림 7 - Parsons 장치: 1 - 원통형 백금 메쉬; 2 석영 바닥; 3 - 보기 창; 4 - 격리 미국에서는 높이 33cm, 지름 29cm의 4층 실린더 형태로 감긴 촉매 그리드의 수직 배열로 Parsons 장치를 만들었습니다(그림 7). 백금 실린더는 내화 벽돌이 늘어선 금속 케이스에 넣어 뜨거운 촉매와 좋은 열 교환을 보장했습니다. 이러한 장치의 생산성은 하루에 최대 1톤의 암모니아였으며 전환율은 95-96%였습니다. 이 장치의 장점은 장치의 부피에 비해 촉매 표면이 크다는 것입니다. 그것의 단점은 암모니아-공기 혼합물이 촉매에 고르지 않게 공급된다는 것입니다. 더 많은 혼합물이 상단보다 체 촉매 하단을 통해 흐릅니다. 다양한 모양의 여러 장치가 테스트되었습니다. 두 개의 반구, 원뿔 및 반구의 형태로 가스 흐름 방향이 아래에서 위로 이동합니다. 이들 소자는 0.51MPa까지 처리를 하여도 전환율이 90%를 넘지 않는 경우에도 특별한 장점이 없었다. 그림 8 - Dupont 장치: 1 - 백금 격자; 2 - 창살; 3 - 워터 재킷 고압에서 공정을 수행할 때 DuPont 장치(그림 8)는 원뿔로 구성되어 널리 퍼졌습니다. 위쪽은 니켈로, 아래쪽은 내열강으로 만들어졌습니다. 하부 케이스에는 냉각을 위한 워터 재킷이 제공되었습니다. 화격자 위에 놓인 촉매는 직사각형 격자의 패키지 형태로 만들어집니다. 이제 전 세계적으로 연간 최대 400-600톤의 대용량 묽은 질산 생산 장치를 설계 및 구축하고 있습니다. 이러한 장치의 가스 흐름을 가로질러 위치하는 격자의 평평한 층 또는 입상 물질의 층이 있는 접촉 장치는 최대 5-7m의 큰 직경을 가져야 합니다. 그러나 장치의 직경이 증가함에 따라 균일성 장치의 단면에 걸쳐 암모니아-공기 혼합물의 분포가 악화되고 생산성 단위당 금속 소비가 증가하고 플랜지 조인트를 밀봉하는 데 어려움이 증가합니다. 큰 직경(4m 이상)의 장치는 철도로 운송할 수 없으며 공장 현장에서 제조하는 것은 심각한 어려움과 관련이 있습니다. 이와 관련하여 가장 유망한 것은 실린더 또는 원뿔 형태로 만들어진 촉매를 통한 가스 혼합물의 방사상 흐름을 갖는 변환기입니다. 촉매의 이러한 배열로, 장치의 직경을 변경하지 않고 장치의 높이 및 그에 따른 생산성을 증가시키는 것이 가능하다. 촉매의 원통형 배열을 갖는 장치의 설계는 오래전부터 알려져 왔지만(파슨스 장치), 암모니아의 4.5kg/h에서 14.3t/h로 생산성이 증가함에 따라 가스 혼합물의 분배에 문제가 발생했습니다. 흐름, 열전달, 촉매 부착 등 그림 9 - Parsons의 개선된 기구: 1 - 본체; 2 - 덮개; 3 - 냉각수 수집기; 4 - 지원 장치; 5 - 아질산 가스 출력용 피팅; 6 - 촉매 그리드; 7 - 냉매용 채널; 8 - 가스용 채널 새로운 장치 중 하나는 개선된 Parsons 장치입니다(그림 9). 이것은 덮개가 있는 본체, 암모니아-공기 혼합물의 입력 및 아질산 가스의 출력을 위한 피팅으로 구성됩니다. 촉매는 원통형 표면을 따라 수직으로 배열되고 캡 아래에 고정된 백금 그리드입니다. 격자는 암모니아-공기 혼합물을 접촉 격자에 공급하기 위한 수평 채널과 냉각제를 공급하기 위한 수직 채널이 있는 세라믹 지지 장치에서 늘어납니다. 이러한 지지 장치의 단점은 촉매에 들어가는 가스가 별도의 제트 형태로 분포되어 촉매 영역이 완전히 작동하지 않는다는 것입니다. 그림 10 - 방사형 가스 흐름이 있는 접촉 장치: 1 - 하우징; 2 - 덮개; 3 - 지원 요소 시스템; 4 - 촉매; 5 - 격자; 6 - 블라인드 바닥 방사형 가스 흐름이 있는 장치가 제안되었습니다(그림 10). 이 장치는 몸체 1과 암모니아-공기 혼합물을 도입하기 위한 피팅이 있는 덮개로 구성되어 있습니다. 하우징의 하부에는 아산화질소를 도입하기 위한 피팅이 있습니다. 실린더와 원뿔 형태의 촉매 거즈가 수직으로 배열됩니다. 그러나 이 장치는 또한 촉매에 균일한 가스 공급을 제공하지 않습니다. 그림 11 - 입상 촉매가 있는 접촉 장치: 1개의 원통형 몸체; 2 - 중앙 구멍으로 덮습니다. 3, 4 - 동축 원통형 천공 분배 그리드; 5 - 환형 바닥; 6 - 콘센트 피팅 방사형 가스 흐름과 입상 촉매 장치가 제안되었습니다. 촉매로는 비백금 촉매의 담체 또는 정제에 증착된 백금 금속이 사용됩니다(그림 11). 도 11의 장치는 상부에 암모니아-공기 혼합물이 도입되고 하부에 아질산 가스가 제거되는 원통형 본체(1)로 구성된다. 내부에는 2개의 동축 원통형 천공된 분배 그리드 3 및 4가 있으며 그 사이에 입상 촉매 7층이 배치됩니다. 피팅 6. 장치 입구의 암모니아-공기 혼합물은 두 개의 흐름으로 나뉩니다. 주요 부품은 하우징 벽과 외부 분배 실린더 사이의 환형 간극을 통과하여 촉매에 방사상으로 들어갑니다. 두 번째 작은 부분은 덮개의 구멍을 통과하여 축을 따라 촉매로 들어갑니다. 촉매에서 기체 혼합물의 균일한 분포가 보장되지 않습니다. 이러한 설계의 단점은 암모니아-공기 혼합물이 200℃ 이상으로 과열된다는 것입니다. 가스 속도가 0으로 감소하여 막힌 바닥 근처. 가스가 과열되면 촉매 거즈가 과열되고 마모가 증가합니다. 그림 12 - 원뿔 형태의 촉매가 있는 장치: 1 - 가스 가열용 셔츠. 2 - 촉매; 3 - 지지 파이프 장치; 4 - 워터 재킷 장치(그림 12)에는 삼각형 모양의 조각에서 약 60°의 정점 각도를 가진 원뿔로 용접된 백금 메쉬의 여러 층 형태의 촉매가 포함되어 있습니다. 그리드 패키지는 냉각수가 통과하는 원뿔의 모선을 따라 6-12개의 파이프로 구성된 구조를 기반으로 합니다. 이 형태의 촉매는 가스 흐름을 가로질러 위치한 평평한 촉매에 비해 (장치의 부피와 관련하여) 큰 비표면적을 가지고 있습니다. 그러나 원통형 촉매에 비해 비표면적이 작습니다. 그림 13 - 고압에서 암모니아 산화를 위한 접촉 장치: 1 - 하우징; 2 - 내부 콘; 3 - 개폐 장치; 4 - 점화기; 5 - 촉매 그리드; 6 - 과열기; 7 - 증기 보일러 패키지; 8 - 이코노마이저 그림 13은 0.71 MPa의 압력에서 암모니아 산화를 위한 접촉 장치를 보여줍니다. 이 장치는 서로 삽입된 두 개의 원뿔로 구성됩니다. 암모니아-공기 혼합물은 아래에서 내부 원뿔과 외부 원뿔 사이의 공간으로 들어가 상승하고 거기에서 내부 원뿔 아래로 내려갑니다. 격자 형태로 만들어진 백금 촉매로가는 길에 혼합물은 Raschig 링의 분배 장치에서 잘 혼합됩니다. 유입되는 가스 혼합물의 온도와 전환 과정을 측정하기 위해 장치에 열전대가 장착되어 있습니다. 촉매 전 4개와 촉매 후 4개입니다. 가스 샘플링을 위해 증기 샘플링 튜브가 있습니다. 촉매 전 4개와 촉매 후 4개입니다. 촉매는 회전식 버너(점화기)를 통해 공급되는 질소-수소 혼합물로 점화됩니다. 그림 14 - Grand Parois 접촉 장치: 1 - 본체; 2 격자; 3 - 백금 촉매; 4 - 기갑 메쉬; 5 - 고리 층; 6 다공판; 7 - 과열기; 8 - 폐열 보일러 0.40-0.50 MPa의 평균 압력에서 작동하는 장치 중에서 스테인레스 스틸로 만들어진 Grande Paroiss의 장치가 관심을 끌고 있습니다(그림 14). 이것은 기체 혼합물을 도입하기 위한 입구 피팅이 있는 타원형 뚜껑으로 상단이 닫힌 몸체로 구성됩니다. 덮개 아래에는 천공 원뿔이 있고 그 다음 배플이 있습니다. 배전 그리드는 유속 맥동에 대한 댐퍼 역할을 하는 6개의 그리드 레이어가 있는 백금 그리드 위에 배치됩니다. 장치의 단점은 유입되는 암모니아가 분해될 수 있는 촉매의 고온 영역에 정체 영역이 있다는 것입니다. 6. 비 농축 질산 생산을위한 기술 계획의 선택 및 설명 생산 공정의 조건에 따라 다음 유형의 질산 시스템이 구별됩니다. 1) 대기압에서 작동하는 시스템; 2) 고압(4-8 atm)에서 작동하는 시스템; 3) 암모니아의 산화가 더 낮은 압력에서 수행되고 산화물의 흡수가 더 높은 압력에서 수행되는 결합 시스템. 이러한 기술 계획을 고려하십시오. 1) 대기압에서 작동하는 시스템; 그림 15 - 대기압에서 묽은 질산 생산을 위한 설비 계획: 1 - 물 세정기; 2 - 천 필터; 3 - 암모니아 공기 팬; 4 - 판지 필터; 5 - 변환기; 6 - 증기 회수 보일러; 7 - 고속 냉장고; 8 - 냉장고 콘덴서; 9 - 아질산 가스 팬; 10 - 흡수 타워; 11 - 산화탑; 12 - 알칼리에 의한 질소 산화물 흡수를 위한 탑; 13 - 산성 냉장고; 14, 15 - 펌프 이러한 시스템(그림 15)은 장비의 부피(많은 수의 산 및 알칼리 흡수탑), 낮은 생산성, 일정량의 염소 축적으로 인해 더 이상 작동하지 않습니다. 지속적으로 교체해야 하는 장비에 강한 부식 영향을 미치므로 경제적 비용이 많이 듭니다. 2) 복합 시스템; 그림 16 - 결합된 방법으로 질산 얻기: 1 - 고속 냉장고; 2 - 냉장고; 3 - 터보 차저 엔진; 4 - 감속기; 5 - 아질산 가스의 터보 압축기; 6 - 배기 가스 관개용 터빈; 7 - 산화제; 8 - 열교환기; 9 - 냉장고 콘덴서; 10 - 흡수 컬럼; 11 - 산 밸브; 12 - 응축수 수집기; 13, 14 - 질산 수집기 이 계획의 주요 이점은 다음과 같습니다. 1. 이러한 시스템(그림 16)은 외부 에너지 소비 없이 작동합니다. 왜냐하면 암모니아 산화 및 질소 산화물 산화의 열은 공기와 아산화질소를 필요한 압력으로 압축하기 위한 에너지를 얻기에 충분하기 때문입니다. 2. 장비의 소형화. 3. 이러한 단위의 생산성은 1360톤/일입니다. 계획의 단점: 이 계획의 주요 단점은 암모니아가 9 기압에서 산화 될 때 대기압보다 전환도가 2-3 % 적고 백금 촉매의 손실이 2-3 배 더 크다는 것입니다. 따라서 이 공정은 대기압에서 수행하는 것이 더 유리하다. 그러나 질산을 생산하는 현대적인 강력한 작업장의 경우이 경우 많은 수의 대형 장치가 필요하고 결과적으로 건설 및 설치 작업 비용이 증가합니다. 이러한 고려 사항으로 인해 암모니아 전환 공정에서 압력을 높이는 데 의존해야 합니다. 이와 관련하여 장치의 부피가 대기압에서 작동하는 시스템의 부피에 비해 2.5배 감소하고 암모니아와 촉매의 적당한 손실이 있기 때문에 약 2.5atm의 압력이 허용됩니다. 3) 고압에서 작동하는 시스템. 회로의 장점(그림 17): 1. 장치가 작고 모든 장치를 운반할 수 있습니다. 장치의 전원 주기는 자율적이며 화학 물질 생산이 꺼지면 제어판에서 꺼질 때까지 계속 작동합니다. 이를 통해 화학 공정이 우발적으로 종료된 경우 장치를 신속하게 작동할 수 있습니다. 작동 모드에서 장치의 제어는 자동화됩니다. 2. 0.716 MPa의 단일 압력 단위에서 생산된 질산의 실제 비용 및 에너지 집약도는 AK-72 단위 및 결합된 방식에 따라 작동하는 단위와 비교할 때 가장 낮습니다. 3. 폐열보일러 대신 고온의 열교환기를 접촉장치 뒤에 설치하여 터빈 앞의 배기가스를 최대 1120K까지 가열한다. 동시에 전력증가로 인해 가스터빈, 출력 274 증가 AK-72 유닛과 비교. 4. 이 계획에서는 지속적으로 켜져 있는 연소실이 기술 장치와 병렬로 설치되어 기계 장치를 생산 라인과 독립적으로 작동할 수 있을 뿐만 아니라 작업에서 원활하게 전환할 수 있습니다. 기술 프로세스가 켜진 상태에서 기계 작동으로 유휴 모드의 기계. 계획의 단점: 1. 공정은 장치의 고온에서 진행되며, 이는 팔라듐 촉매에 매우 큰 부하를 가하고 실패합니다. 문헌에 따르면 질산 1톤당 특정 복구 불가능한 손실은 대기압에서 공정의 경우 40-45mg, 0.3-1.6MPa에서 100mg, 0.7-0.9MPa에서 130-180mg입니다. 즉, 대기압에서 작동하는 플랜트의 온도와 비교하여 더 높은 촉매 온도로 인해 압력 하에서 작동하는 플랜트의 백금 손실이 증가합니다. 2. 압축기 공기 용량은 최대 10%, 효율은 최대 6%까지 감소할 수 있으므로 가스 터빈에 들어가기 전에 매우 높은 수준의 공기 정화가 필요합니다. 이 과정 프로젝트에서는 가스 터빈으로 구동되는 압축기를 사용하여 압력 하에서 질산을 생산하는 방식이 자세히 고려됩니다(그림 17). 0.716 MPa의 압력에서 작동하는 계획에 따른 질산의 생산 능력은 단위 수에 의해 결정됩니다. 1개 유닛의 용량은 120,000톤/년(100% HNO3)입니다. 계획의 단위 수는 질산 처리 공장의 필요성에 따라 결정됩니다. 각 장치에서 다음이 수행됩니다. 암모니아-공기 혼합물 준비(공기 정화 및 압축, 액체 암모니아 증발, 기체 암모니아 및 암모니아-공기 혼합물 정화); 암모니아 전환; 질소 산화물 형성 열의 이용; 아산화질소 냉각; 질산을 얻는 단계; 가스 가열; 가스 터빈 및 폐열 보일러에서 질소 산화물로부터의 정화 및 가스 에너지 회수. 또한이 계획에는 폐열 보일러에 공급하기 위해 급수를 준비하고, 흡수 컬럼의 관개를 위해 응축수 또는 탈염수를 냉각하고, 증기를 필요한 매개 변수로 줄이고, 생성 된 질산을 저장하고 소비자에게 배포하는 장치가 포함됩니다. 그림 17 - 가스 터빈에서 압축기 구동으로 압력 하에서 질산 생산 다이어그램: 1 - 공기 필터; 2 - 첫 번째 단계의 터보 차저; 3 - 중간 냉장고; 4 - 두 번째 단계의 터보 차저; 5 - 가스 터빈; 6 - 기어박스; 7 - 모터 발전기; 8 - 에어 히터; 9 - 공기가 있는 암모니아 믹서; 10 - 에어 히터; 11 - 다공성 필터; 12 - 변환기; 13 - 폐열 보일러; 14 - 아질산 가스 산화 용 용기; 15 - 냉장고 - 콘덴서; 16 - 흡수 컬럼; 17 - 변환기; 18 - 폐열 보일러 대기는 1단 2의 터보차저에 의해 필터(1)를 통해 흡입되어 0.2-0.35 MPa로 압축됩니다. 압축으로 인해 공기가 175도까지 가열됩니다. . 30~45도로 식힌 후 냉장고(3)에서 공기는 두 번째 단계(4)의 터보차저로 들어가 0.73MPa의 최종 압력으로 압축되고 125-135도로 가열됩니다. . 추가 공기 가열 최대 270 변환기를 떠나는 뜨거운 아산화질소의 열로 인해 히터(8)에서 발생한다. 뜨거운 공기는 믹서 9로 더 들어갑니다. 1.0-1.2 MPa의 압력 하에서 암모니아는 150으로 가열됩니다. 수증기와 함께 히터 10에서 혼합기 9로 들어가 공기와 혼합됩니다. 10-12% NH3를 포함하는 생성된 암모니아-공기 혼합물은 다공성 필터(11)에서 여과되고 변환기(12)로 들어가며, 여기서 백금-로듐 촉매는 890-900 암모니아는 산화질소로 산화된다. 변환기를 떠나는 가스의 열은 증기를 생성하기 위해 폐열 보일러(13)에서 사용되며, 가스는 260℃로 냉각됩니다. .
다음으로, 가스는 빈 용기(14) 상부에 위치한 백금 포집 필터를 통과한다. 용기(14)에서 NO는 NO2로 산화되고(산화도 80%), 그 결과 가스 혼합물이 가열된다. 300-310 공기 히터 8로 들어가 175도까지 냉각됩니다. . 아질산 가스의 열을 더 이상 사용하면 수익성이 없으므로 냉장고 16에서 50-55의 물로 냉각됩니다. . 냉장고(16)의 가스 냉각과 동시에 물과 이산화질소의 상호 작용 결과로 수증기가 응축되고 질산이 형성됩니다. 생성된 산의 농도는 52% HNO3를 초과하지 않으며 수율은 식물 총 용량의 약 50%입니다. 냉각기(15)로부터 아질산 가스는 체 플레이트가 있는 흡수 컬럼(16)으로 들어가며, 여기서 NO2는 물에 의해 흡수되어 질산을 형성합니다(최대 55% 농도). 흡수 컬럼 16개의 플레이트에는 코일(냉각 요소)이 놓여 있으며, 이를 통해 물이 순환하여 질산 형성 중에 방출되는 열을 제거합니다. 질소 산화물에서 배기 가스를 청소하기 위해 370-420 ° C로 가열되고 소량의 천연 가스가 추가되어 변환기 (반응기) 17로 보내집니다. 여기에서 팔라듐 촉매가있는 경우 다음과 같은 반응이 발생합니다. CH4 + O2 2CO + 4H2 + Q (27)
2NO2 + 4H2 = N2 + 4H2O + Q (28)
2NO + 2H2 = N2 + 2H2O + Q (29)
이러한 반응은 열을 방출하면서 진행되기 때문에 기체의 온도는 700-730도까지 상승합니다. . 이러한 가스는 0.5-0.6 MPa의 압력으로 터빈(5)으로 들어가고, 이는 공기를 압축하는 터보차저(2, 4)를 구동합니다. 그 후, 약 400도의 온도에서 가스 저압 증기를 받는 폐열 보일러(19)로 들어가십시오. 첫 번째 및 두 번째 단계 2 및 4의 터보 차저와 가스 터빈 5는 단일 장치입니다. 첫 번째 단계의 터빈(2)과 가스 터빈(5)은 공통 축에 위치하며 기어박스(6)를 통해 두 번째 단계의 터빈(4)과 전기 모터(7)에 연결됩니다. 이 장치를 사용하면 대부분의 에너지를 사용할 수 있습니다. 공기를 압축하여 전력 소비를 크게 줄입니다. 7. 원자로의 재료 및 열 균형 계산 7.1 반응기의 물질 수지 계산 1) 필요한 공기량을 계산합니다. 2) 공기 공급량, nm3: a) 수증기 b) 건조한 공기 3) 공기 중 비율을 기준으로 공기와 함께 오는 산소, 질소 및 아르곤의 부피를 계산합니다. ) 반응 (14)에 의해 형성된 부피 찾기, nm ³ /시간: a) 산화질소 b) 수증기 5) 반응 (15)에 의해 형성된 부피 결정, nm ³ /시간: 가) 질소 b) 수증기 c) 이 반응 동안 소모된 산소 6) 암모니아 산화 후 가스의 부피를 계산합니다. nm ³ /시간: 가) 산소 나) 질소 다) 아르곤
d) 수증기 7) 접촉장치의 입구와 출구에서의 유량을 질량으로 재계산하면 물질수지가 관찰되어야 실제 물질수지가 계산될 수 있다. 오는: 소비: 물질 수지에 대한 표를 작성합시다(표 6). 표 6 소득 흐름 구성 수량 구성 수량 kg/hm ³ /hkg/hm ³ /чNH34477,6795900NO7348,6615487O215608,57110926O25367,8573757,5N250729,69140583,755N250987,81640790,255Ar929,116520,305Ar928520H2O1827,022273,625H2O8938,62711123,625Всего73572,07760203,68Всего73570,96161678,38 균형 불일치
7.2 반응기의 열수지 계산 암모니아 산화 과정의 자열 특성을 보장하기 위해 암모니아-공기 혼합물을 가열하는 데 필요한 온도 tx를 구해 보겠습니다. 1) 암모니아-공기 혼합물의 총 부피 계산 ) 암모니아-공기 혼합물의 성분 농도, %(부피) 결정: 가) 암모니아 b) 건조한 공기 다) 수증기 3) 암모니아-공기 혼합물의 평균 열용량 계산 Cav = 0.01 (35.8 Pam + 28.7 Psv + 32.6 PN2O) (59) Сav = 0.01 (35.8 9.8 + 28.7 86.4 + 32.6 3.8) = 29.544kJ/(kmol K), 여기서 35.8; 28.7 및 32.6 - 암모니아, 건조 공기 및 수증기의 열용량, kJ/(kmol K). ) 암모니아-공기 혼합물에 의해 도입된 열 결정 ) 반응 (14) 및 (16) 동안 방출되는 열을 계산합니다. 또는 17030kW, 여기서 905800 및 126660은 반응 (14) 및 (16)에 따라 산화질소 및 질소가 형성되는 동안 방출되는 열입니다. ) 폐열보일러에 들어가는 아질산가스의 총 부피를 구하라. 7) 아산화질소 성분의 농도, %(부피) 결정: a) 산화질소 나) 산소 다) 아르곤 d) 질소 e) 수증기 8) 아산화질소의 평균 열용량을 계산합니다. Snav = 0.01(31.68 PNO + 32.3 P2 + 20.78 증기 30.8 PN2 + 37.4 Pvod 3(68) Sav=0.01(31.68 8.9+32.3 6.1+20.78 0.84+30.8 66.1+37.4 18.0) = 32.17 kJ/(kmol K) 여기서 31.68; 32.3; 20.78; 30.8 및 37.4 - 온도 900에서 아산화질소 성분의 열용량 , kJ/(kmol K). 9) 198부터 증기 가열용 최대 250 과열기에서는 열을 제거해야 합니다. 1880kW, 여기서 800 10 ³ 및 1082 10 ³ J/kg - 198의 온도에서 과열 증기의 비엔탈피 그리고 250 및 1.5 MPa 및 3.98 MPa의 압력. 10) 접촉 장치의 출구에서 아질산 가스의 온도는 이 섹션의 열 균형 방정식에서 결정됩니다. 6768 106 = 64631 1.66 10³(900 - t2) 11) 우리는 아질산 가스에 의해 운반되는 열을 계산합니다. 접촉 장치와 폐열 보일러가 단일 장치로 장착된 경우를 고려하십시오. 12) 환경에 대한 열 손실 결정 열 입력을 유량과 동일하게 하여 열 균형 방정식을 작성하고 tx에 대해 풉니다. 열 균형을 위해 표를 채우십시오(표 7). 표 7 입력, kW소비, kW암모니아-공기 혼합물에 의해 도입된 열6369.2과열기에서 수증기를 가열하기 위한 열1880아산화질소 가스에 의해 운반된 열20584.3반응 (14) 및 (16) 중에 방출된 열17030.6환경 손실935.9Total.tal23408. 잔액 불일치: 8. 안전 및 산업 환경 고압에서 비농축 질산 생산에서 안전한 작동 모드를 보장하려면 기술 규정, 작업장의 노동 보호 지침, 부서의 노동 보호 및 산업 안전 지침, 지침을 엄격하게 준수해야합니다. 특정 유형의 작업. 서비스 요원은 규범에 규정된 작업복과 안전화를 신고 작업할 수 있으며 서비스 가능한 개인 보호 장비를 착용해야 합니다. 작업 시작 전 매 교대마다 보호 장비(개별 방독면)를 점검해야 합니다. 메커니즘을 서비스하는 사람은 서비스되는 장비와 관련된 Gosgortekhnadzor의 규칙을 알아야 합니다. 보일러 감독 장비를 제공하는 사람 - 보일러 감독 규칙. 프로세스의 모든 단계에서 정상적인 기술 체제의 위반을 방지합니다. 필요하고 적절하게 작동하는 모든 안전 장치, 계측 및 제어 장치, 경보 및 인터록이 장착된 서비스 가능한 장비에서만 작업을 수행하십시오. 암모니아가 축적될 가능성이 있는 수리를 위해 장비 및 통신을 인계할 때 퍼지 질소에 가연물이 없을 때까지 장비 및 통신을 질소로 퍼지하십시오. 수리 후 장치 및 통신 장치를 암모니아로 채우기 전에 퍼지 질소의 산소 함량이 3.0%(vol.) 이하가 될 때까지 질소로 퍼지하십시오. 압력이 가해진 통신, 부속품, 장비의 수리를 허용하지 마십시오. 수리는 반드시 감압 후 수리 부위를 플러그로 차단하여 실시한다. 수리할 장비, 통신은 날려버리거나 세척해야 합니다. 수압 충격을 피하기 위해 증기는 냉증기 파이프라인에 천천히 공급되어야 하며 파이프라인의 전체 길이를 따라 응축수 배출과 함께 충분한 가열을 보장해야 합니다. 배수구에서 건조한 증기가 빠져 나오면 파이프 라인이 충분히 가열되었음을 나타냅니다. 접지가 잘못된 전기 장비를 켜지 마십시오. 전기 모터에서 전압을 제거하지 않고 전기 드라이브로 장비를 수리하지 마십시오. 제어 및 측정 기기 및 전기 장비의 수리 및 조정은 주요 기기 운영자 부서와 전기 기술자의 서비스에 의해서만 수행되어야 합니다. 생산 및 저장 시설에서 화기를 사용하는 것은 금지되어 있습니다. 이러한 목적으로 지정된 장소에서 흡연이 허용됩니다. 장비의 모든 회전 부품(커플링 하프), 회전 팬의 임펠러, 전기 모터 샤프트는 단단히 고정되고 울타리가 쳐지고 빨간색으로 칠해져야 합니다. 산성 라인의 플랜지 연결부는 보호 커버로 보호해야 합니다. 파이프 라인의 플랜지 연결 볼트를 조이고 압력을받는 장비에 대한 작업은 허용되지 않습니다. 압력 하에서 작동하는 장치는 압력 하에서 작동하는 선박 및 통신의 설계 및 안전한 작동에 대한 기술 사양 및 규칙에 명시된 요구 사항을 충족해야 합니다. 밀폐된 용기에서의 작업은 위험한 가스 작업을 수행하기 위한 작업 허가가 있는 상태에서 수행해야 합니다. 환기 상태가 양호하고 지속적으로 작동해야 합니다. 리프팅 메커니즘, 압력 용기의 유지 보수는 특별히 훈련을 받고 특수 인증서를 소지한 사람만 수행합니다. 비상 캐비닛, 화재 감지기, 전화, 화재 장비에 대한 접근은 이물질로 어수선하게 배치되어서는 안 되며 깨끗하고 양호한 상태로 유지되어야 합니다. 천장, 플랫폼, 통로의 열린 구멍에는 1m 높이의 울타리가 있어야하며 울타리 바닥에는 15cm 높이의 측면 또는 보호 스트립이 있어야합니다. 모든 계측, 자동화 및 차단 시스템은 양호한 상태여야 합니다. 장치 및 파이프라인, 로터 블레이드, 아질산 가스 압축기 및 기타 부품 및 장치의 내부 표면에 아질산염-질산염 염의 침착을 방지하기 위해 접촉 장치의 장기간 점화(20분 이상)를 방지하고 촉매 온도를 낮추십시오. 거즈, 파열, 암모니아 미끄러짐, 표면 관개 종료, 아질산염-질산염 침전으로 이어짐. 적시에 닦아내고 공정 제품의 유출로부터 장비를 청소하고 펌프 크랭크 케이스에 오일을 보충하십시오. 수리 및 기타 작업을 위한 작업장과 1.3m 이상의 높이에서 이들로 가는 통로는 울타리가 있어야 합니다. 1.3m 이상의 작업용 펜스를 설치하는 것이 불가능하거나 불편한 경우와 1.3m 이상의 높이에서 사다리에서 작업할 때는 안전벨트를 착용해야 하며, 작업에는 작업자를 도울 준비가 된 보조 작업자가 있어야 합니다. 카라비너의 고정 위치는 작업 책임자에 의해 결정됩니다. 안전 벨트는 시운전 전과 6개월마다 작동 중에 테스트됩니다. 안전 벨트에는 등록 번호와 다음 테스트 날짜가 표시되어 있어야 합니다. 질산으로 작업할 때(샘플링, 통신 검사, 산 펌프 생산 시작 등) 개별 호흡기 및 눈 보호 장치를 사용해야 합니다(브랜드 "M" 상자가 있는 필터링 방독면, 고무 하프 마스크가 있는 고글 또는 플렉시 유리로 만든 보호 방패 또는 방독면 헬멧), 고무 내산 장갑, 특수 내산 의류. 장비 작동 중 오작동이 발생하면 지지대, 벽 등의 결함이 감지됩니다. 적시에 부서장, 상점 정비공에게 알립니다. 필요한 경우 장비를 중지하고 수리를 위해 배송을 준비합니다. 수리를 위해 장치가 멈출 때마다 산화제의 하단 해치를 열고 벽과 바닥을 따라 분배 그리드에 암모늄 염이 있는 경우 생증기로 증기를 내고 응축수를 배출합니다. 증기 작업, 증기 응축수는 작업복, 신발, 장갑으로 수행해야합니다. 부서의 직업 중독 및 질병을 예방하려면 다음과 같은 위생 및 위생 요구 사항을 준수해야합니다. a) 공기 온도는 다음과 같아야 합니다. 23- 과도기 및 겨울 기간; 18-27- 여름 기간. b) 상대 습도: 여름 - 75% 이하; 겨울 - 65% 이하. c) 소음 - 방음 캐빈에서는 65dBA 이하, 다른 장소에서는 80dBA 이하 d) 진동 - 방음 캐빈에서 75dB 이하, 엔진 및 접촉실에서 92dB 이하 e) 작업장 조명: 방음 부스 - 최소 200럭스; 흡수 기둥의 위치에서 - 최소 50lux; 엔진 및 접촉실에서 - 최소 75럭스. f) 구내 작업 영역의 공기 중 유해 물질의 최대 허용 농도 : 암모니아 - 20 mg/m3 이하; 질소 산화물 - 5 mg/m3 이하. 개별 방독 마스크 외에도 부서에는 방독면 필터링 및 격리 비상 공급이 있습니다. 비상 가스 마스크는 비상 캐비닛에 보관됩니다. 결론 과정 작업 과정에서 암모니아의 촉매 산화 반응기는 비농축 질산 생산에서 질소 산화물을 생성하도록 설계되었습니다. 프로세스의 물리적 및 화학적 기초가 고려되었습니다. 초기 원료 및 완제품의 특성이 제공됩니다. 산화에 필요한 공기량은 5900m로 계산되었습니다. ³ / h 암모니아, 그것은 54304 m에 달했습니다. ³ /시간 공기와 함께 공급되는 산소, 질소 및 아르곤의 부피는 공기 중 백분율을 기준으로 계산되었습니다. 암모니아 산화 후 가스의 산소, 질소, 아르곤 및 수증기의 부피도 계산되었습니다. 열 균형을 계산한 결과 모든 열 흐름이 계산되었습니다. 암모니아 산화 공정의 자열 특성을 보장하기 위해 암모니아-공기 혼합물을 가열하는 데 필요한 온도는 288°C였습니다. . 과열기 후 아산화질소의 온도를 계산한 결과 836.7 . 환경에 대한 열 손실이 결정됩니다. 비농축 질산 생산을 위한 가장 효율적인 계획에 대한 문헌 검토가 이루어졌습니다. 이 장치는 소형이고 모든 장치를 운반할 수 있으며 장치의 에너지 주기는 자율적이기 때문에 고압에서 작동하는 시스템이 선택되었습니다. 고려 된 계획에서 기술 요구 사항에 따라 전기가 소비되지 않습니다. 전기는 산을 펌핑하고 보일러에 급수를 공급하는 데 필요한 펌프를 구동하기 위해 소량만 소비됩니다. 이 계획에 따른 작업은 유해한 가스를 대기로 배출하지 않고 수행됩니다. 참조 1. 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